JP5377134B2 - Method for producing colloidal silica - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a colloidal silica useful for an ink absorbing filler for printing papers, a spreading property improving agent for paint, a hydrophilic coating material for various material surfaces, a high strength binder, a high purity silica gel, a raw material for high purity ceramics, a binder for a catalyst, a polishing material for an electronic material and the like. <P>SOLUTION: The colloidal silica is produced by using an active silicic acid as a raw material in the presence of triazole, and contains triazole in the liquid phase and a group of non-spherical heteromorphic silica particles which has a major axis/minor axis ratio by a transmission electron microscope in the range of 1.0-5 and an average value of the major axis/minor axis ratio of 1.2-3. This can be produced by contacting an aqueous alkali silicate solution with a cation exchange resin to prepare an aqueous active silicic acid solution, thereafter adding triazole and an alkali agent to the aqueous active silicic acid solution to be made alkaline, and then heating to form silica particles and subsequently growing up the silica particles by a buildup technique. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、印刷紙用のインク吸収性フィラー、塗料の展着性改善剤、各種材料表面の親水性コーティング材、高強度バインダー、高純度シリカゲル、高純度セラミックスの原料、触媒用バインダー、電子材料用研磨材等に有用なコロイダルシリカおよびその製造方法に関する。   The present invention relates to an ink-absorbing filler for printing paper, a spreadability improving agent for paints, a hydrophilic coating material for various material surfaces, a high-strength binder, a high-purity silica gel, a raw material for high-purity ceramics, a binder for catalysts, and an electronic material. The present invention relates to a colloidal silica useful for abrasives for manufacturing and a method for producing the same.

非球状のシリカ粒子からなるコロイダルシリカは、数多く提案されている。特許文献1には、電子顕微鏡観察による5〜40ミリミクロンの範囲内の一様な太さで一平面内のみの伸長を有する細長い形状の非晶質コロイダルシリカ粒子が液状媒体中に分散されてなる安定なシリカゾルが記載されている。特許文献2には、珪酸液添加工程の前、添加工程中または添加工程後に、アルミニウム塩などの金属化合物を添加する製法によって得られる細長い形状のシリカ粒子から成るシリカゾルが記載されている。特許文献3には、アルコキシシランの加水分解により得られる長径/短径比が1.4〜2.2の繭型のシリカ粒子から成るコロイダルシリカが記載されている。特許文献4には、水ガラス法の活性珪酸水溶液に代替して、アルコキシシランの加水分解液を使用し、アルカリには水酸化テトラアルキルアンモニウムを使用して、非球状のシリカ粒子を含有するコロイダルシリカが得られることが記載されている。   Many colloidal silicas composed of non-spherical silica particles have been proposed. In Patent Document 1, elongated amorphous colloidal silica particles having a uniform thickness within a range of 5 to 40 millimicrons by electron microscope observation and extending only in one plane are dispersed in a liquid medium. A stable silica sol is described. Patent Document 2 describes a silica sol composed of elongated silica particles obtained by a manufacturing method in which a metal compound such as an aluminum salt is added before, during or after the addition of a silicic acid solution. Patent Document 3 describes colloidal silica composed of bowl-shaped silica particles having a major axis / minor axis ratio of 1.4 to 2.2 obtained by hydrolysis of alkoxysilane. In Patent Document 4, a hydrolyzed solution of alkoxysilane is used instead of an active silicic acid aqueous solution of the water glass method, a tetraalkylammonium hydroxide is used as an alkali, and a colloid containing non-spherical silica particles. It is described that silica is obtained.

また、アルカリ金属珪酸塩(主に珪酸ソーダ)を原料として製造されるコロイダルシリカに関して、アルカリ金属の含有量を少なくする方法は数多く提案されている。例えば、特許文献5には、水ガラス法の活性珪酸水溶液と水酸化テトラアルキルアンモニウムとを使用して、ナトリウムの少ないコロイダルシリカが得られることが記載されている。
水ガラス法の活性珪酸水溶液と水酸化ナトリウムとを用いて製造される通常のコロイダルシリカから、カチオン交換によりナトリウムを除去しても、シリカ粒子内部に存在するナトリウムは徐々に液相に溶出してくることはよく知られている。そのため、特許文献6には、コロイダルシリカから、カチオン交換によりナトリウムを除去した後、アンモニアを加えてアルカリ性とし、オートクレーブで98〜150℃で処理して、シリカ粒子内部に存在するナトリウムを強制的に液相に溶出させ、カチオン交換で除去する方法が記載されている。
Further, many methods for reducing the content of alkali metal have been proposed for colloidal silica produced using alkali metal silicate (mainly sodium silicate) as a raw material. For example, Patent Document 5 describes that colloidal silica with less sodium can be obtained by using an active silicic acid aqueous solution of a water glass method and tetraalkylammonium hydroxide.
Even if sodium is removed by cation exchange from ordinary colloidal silica produced using water-silica active silicic acid aqueous solution and sodium hydroxide, the sodium present in the silica particles is gradually eluted into the liquid phase. It is well known. Therefore, in Patent Document 6, sodium is removed from colloidal silica by cation exchange, then ammonia is added to make it alkaline, and it is treated in an autoclave at 98 to 150 ° C. to forcibly remove sodium present in the silica particles. It describes a method of elution in the liquid phase and removal by cation exchange.

一方、トリアゾールは、銅と水溶性の錯塩を生成するため、銅の溶解剤に使用される。逆に、ベンゾトリアゾールは、銅や銀などの金属と水不溶性の錯塩を生成するため、銅の腐食防止剤や写真材料としての用途がある。近年、半導体の配線がアルミニウムから銅に移行するに及んで、ベンゾトリアゾールほどではないが、トリアゾールは用途を拡大し、トリアゾールの記載された特許文献は多くある。特許文献を例示すると、特許文献7〜9には、半導体の銅膜をトリアゾールを配合したスラリーで研磨する記載がある。   On the other hand, triazole is used as a copper solubilizer because it forms a water-soluble complex salt with copper. Conversely, benzotriazole forms a water-insoluble complex salt with metals such as copper and silver, and therefore has applications as a copper corrosion inhibitor and photographic material. In recent years, as semiconductor wiring has shifted from aluminum to copper, triazole has expanded its application, and there are many patent documents describing triazole, although not as much as benzotriazole. When patent documents are illustrated, patent documents 7 to 9 describe that a copper film of a semiconductor is polished with a slurry containing triazole.

特開平1−317115号公報(特許請求の範囲)JP-A-1-317115 (Claims) 特開平4−187512号公報Japanese Patent Laid-Open No. 4-187512 特開平11−60232号公報(特許請求の範囲)Japanese Patent Laid-Open No. 11-60232 (Claims) 特開2001−48520号公報(特許請求の範囲および実施例)JP 2001-48520 A (Claims and Examples) 特開2003−89786号公報JP 2003-89786 A 特開2004−189534号公報(特許請求の範囲)JP 2004-189534 A (Claims) 特開平11−238709号公報JP 11-238709 A 特開2004−259867号公報JP 2004-259867 A 特開2005−129822号公報JP 2005-129822 A

特許文献1に記載のコロイダルシリカは、その製造過程において、水溶性のカルシウム塩、マグネシウム塩またはこれらの混合物を添加する工程があるので、製品にはそれらが不純物として残存している。特許文献2に記載のコロイダルシリカは、その製造過程において、水溶性のアルミニウム塩を添加する工程があるので、製品にはそれらが不純物として残存している。
特許文献3および特許文献4に記載のコロイダルシリカはアルコキシシランをシリカ源とするので、製品は高純度であるが、シリカの4倍のモル数の大量の副生アルコールの回収工程が必要となる上に、アルコキシシラン自体の価格が高いという問題がある。
特許文献5に記載のコロイダルシリカは、ナトリウムの少ない点で好ましいが、シリカ粒子の形状については何ら検討がされていない。特許文献6に記載のコロイダルシリカの製造方法は、アンモニアを必須成分とするため粒子内部にアンモニアを含有することになり、用途が限られる上に、製造工程がながく、エネルギー使用も過大となり不利な一面がある。
特許文献7〜9では、研磨粒子の形状については何ら検討がされていない。
Since the colloidal silica described in Patent Document 1 includes a step of adding a water-soluble calcium salt, magnesium salt or a mixture thereof in the production process, they remain as impurities in the product. Since the colloidal silica described in Patent Document 2 includes a step of adding a water-soluble aluminum salt in the production process, they remain in the product as impurities.
Since the colloidal silica described in Patent Document 3 and Patent Document 4 uses alkoxysilane as a silica source, the product has high purity, but a recovery process for a large amount of by-product alcohol having a mole number four times that of silica is required. Another problem is that the price of alkoxysilane itself is high.
The colloidal silica described in Patent Document 5 is preferable in terms of a small amount of sodium, but no investigation has been made on the shape of the silica particles. The method for producing colloidal silica described in Patent Document 6 contains ammonia as an essential component, so that ammonia is contained inside the particles, which limits the application, and the production process is not long, resulting in an excessive use of energy, which is disadvantageous. There is one side.
In Patent Documents 7 to 9, no consideration is given to the shape of the abrasive particles.

従って、本発明の目的は、カルシウム塩、マグネシウム塩、アルミニウム塩等の珪素以外の多価金属化合物を用いることなく、非球状の異形シリカ粒子群を含有するコロイダルシリカを製造する方法およびその製造方法により得られるコロイダルシリカを提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to produce a colloidal silica containing a non-spherical deformed silica particle group without using a polyvalent metal compound other than silicon such as calcium salt, magnesium salt, aluminum salt, and the production method thereof. It is providing the colloidal silica obtained by this.

本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、上記の課題を解決することができた。
すなわち、本発明は、以下の工程、
(a)珪酸アルカリ水溶液をカチオン交換樹脂に接触させて活性珪酸水溶液を調製する工程、
(b)この活性珪酸水溶液にトリアゾールとアルカリ剤とを添加してアルカリ性とした後、加熱してシリカ粒子を形成させる工程、および
(c)続いて、加熱下で、アルカリ性を維持しながら、活性珪酸水溶液とトリアゾールとアルカリ剤とを添加するか、または活性珪酸水溶液とアルカリ剤とを添加して、シリカ粒子を成長させる工程
を有する、液相にトリアゾールを含有し、透過型電子顕微鏡観察による長径/短径比が1.0〜5の範囲にありかつ長径/短径比の平均値が1.2〜3である非球状の異形シリカ粒子群を含有するコロイダルシリカの製造方法である
As a result of intensive studies, the present inventors have been able to solve the above problems.
That is, the present invention includes the following steps:
(A) a step of bringing an alkali silicate aqueous solution into contact with a cation exchange resin to prepare an active silicate aqueous solution;
(B) adding triazole and an alkaline agent to the activated silicic acid aqueous solution to make it alkaline, and then heating to form silica particles; and
(C) Subsequently, while maintaining the alkalinity under heating, a step of adding an active silicic acid aqueous solution and triazole and an alkali agent, or adding an active silicic acid aqueous solution and an alkali agent to grow silica particles.
The liquid phase contains triazole, the major axis / minor axis ratio is 1.0 to 5 in the transmission electron microscope observation, and the average major axis / minor axis ratio is 1.2 to 3. This is a method for producing colloidal silica containing a group of spherical deformed silica particles .

た、このコロイダルシリカの製造方法は、(c)工程の後、(d)シリカを濃縮する工程を更に有することが好ましい。
なお、シリカ粒子の形成とシリカ粒子の成長の双方をあわせて、以下で「粒子成長」あるいは「成長」と記載することがある。
Also, the manufacturing method of the colloidal silica after step (c) preferably further comprises a step of concentrating (d) is silica.
The formation of silica particles and the growth of silica particles may be collectively referred to as “particle growth” or “growth” below.

上記コロイダルシリカの製造方法は、常法であるアルカリ金属水酸化物や珪酸アルカリをアルカリ剤に用いた製造方法と概略同一である。すなわち、上記コロイダルシリカの製造方法は、珪酸ソーダより活性珪酸水溶液を製造する工程は常法と同一であるが、シリカ粒子の形成工程成長において、トリアゾールとアルカリ剤とを使用する点が異なる。シリカ粒子の成長工程では、トリアゾールは添加してもよいし、添加しなくてもよい。得られたコロイダルシリカを濃縮する工程は常法と同一である。アルカリ剤としては、常法で使用するアルカリ金属水酸化物でもよく、あるいは有機アルカリでもよい。   The manufacturing method of the said colloidal silica is substantially the same as the manufacturing method which used the alkali metal hydroxide and alkali silicate which are the usual methods for the alkali agent. That is, in the method for producing colloidal silica, the process for producing an active silicic acid aqueous solution from sodium silicate is the same as that in a conventional method, except that triazole and an alkali agent are used in the growth process of forming silica particles. In the step of growing silica particles, triazole may or may not be added. The step of concentrating the obtained colloidal silica is the same as the conventional method. The alkali agent may be an alkali metal hydroxide used in a conventional manner or an organic alkali.

本発明によれば、印刷紙用のインク吸収性フィラー、塗料の展着性改善剤、各種材料表面の親水性コーティング材、高強度バインダー、高純度シリカゲル、高純度セラミックスの原料、触媒用バインダー、電子材料用研磨材等に有用なコロイダルシリカを安価に提供することができる。   According to the present invention, an ink-absorbing filler for printing paper, a spreadability improving agent for paints, a hydrophilic coating material on the surface of various materials, a high-strength binder, a high-purity silica gel, a raw material for high-purity ceramics, a binder for catalysts, Colloidal silica useful as an abrasive for electronic materials can be provided at low cost.

実施例1のシリカ粒子形成工程を経たコロイダルシリカのTEM写真である。2 is a TEM photograph of colloidal silica that has undergone the silica particle forming step of Example 1. FIG. 実施例1で得られたコロイダルシリカのTEM写真である。2 is a TEM photograph of colloidal silica obtained in Example 1. FIG.

以下、本発明をさらに説明する。
本発明のコロイダルシリカは、トリアゾールの存在下で活性珪酸水溶液を原料として得られる。本発明のコロイダルシリカは、透過型電子顕微鏡観察による長径/短径比が1.0〜5の範囲にありかつ長径/短径比の平均値が1.2〜3である非球状の異形シリカ粒子群を含有している。本発明における長径/短径比は、得られたコロイダルシリカの透過型電子顕微鏡写真にスケールをあてて、ランダムに選択したシリカ粒子100個について、シリカ粒子の最も長い辺aと最も短い辺bとを測定し、この値(a1、a2、・・・、a100およびb1、b2、・・・、b100)を用いてそれぞれの粒子の長径/短径比(a1/b1、a2/b2、・・・、a100/b100)を算出し、最小値側の5点の値の算術平均値を上限とし、最大値側の5点の値の算術平均値を下限としたものである。また、本発明における長径/短径比の平均値とは、得られたコロイダルシリカの透過型電子顕微鏡写真にスケールをあてて、ランダムに選択したシリカ粒子100個について、シリカ粒子の最も長い辺aと最も短い辺bとを測定し、この値(a1、a2、・・・、a100およびb1、b2、・・・、b100)を用いてそれぞれの粒子の長径/短径比(a1/b1、a2/b2、・・・、a100/b100)を算出し、最大値側および最小値側の5点の値を除いた90点の値の算術平均値である。
The present invention will be further described below.
The colloidal silica of the present invention is obtained using an active silicic acid aqueous solution as a raw material in the presence of triazole. The colloidal silica of the present invention is a non-spherical deformed silica having a major axis / minor axis ratio in the range of 1.0 to 5 and an average value of the major axis / minor axis ratio of 1.2 to 3 by observation with a transmission electron microscope. Contains particles. The major axis / minor axis ratio in the present invention is determined by assigning a scale to the obtained transmission electron micrograph of colloidal silica and, for 100 randomly selected silica particles, the longest side a and the shortest side b of the silica particles. , And using this value (a1, a2,..., A100 and b1, b2,..., B100), the major axis / minor axis ratio (a1 / b1, a2 / b2,... A100 / b100) is calculated, and the arithmetic average value of the five values on the minimum value side is set as the upper limit, and the arithmetic average value of the five values on the maximum value side is set as the lower limit. The average value of the major axis / minor axis ratio in the present invention refers to the longest side a of the silica particles of 100 randomly selected silica particles by assigning a scale to the obtained transmission electron micrograph of colloidal silica. And the shortest side b, and using this value (a1, a2,..., A100 and b1, b2,..., B100), the major axis / minor axis ratio (a1 / b1, a2 / b2,..., a100 / b100), and is an arithmetic average value of 90 values excluding 5 values on the maximum value side and the minimum value side.

本発明のコロイダルシリカは、液相にトリアゾールを含有している。このトリアゾールは、コロイド粒子の形成時および成長時に使用したものである。本発明のコロイダルシリカにおいて、シリカ/トリアゾールの好ましいモル比は15〜2,000の範囲である。1,2,3−トリアゾールと1,2,4−トリアゾールの酸解離定数の逆数の対数値(pKa)は、それぞれ1.2と2.3であって弱い塩基である。例えば、1,2,4−トリアゾールの1%水溶液はpHが6程度であって、粒子成長には寄与しない。しかしながら、粒子形成時および粒子成長時の粒子形状に影響を及ぼす。トリアゾールは成長中のシリカ粒子表面に結合もしくは吸着して、結合部位の粒子成長を阻害し、球状成長をできないようにしているようである。シリカのゲルが発生した場合のシリカ/トリアゾールのモル比は15より小さかった。トリアゾールの濃度が高すぎて、粒子成長が全くできなかったためと考えられる。形状が球状に近いシリカ粒子を多く含む場合のシリカ/トリアゾールのモル比は2,000より大きかった。トリアゾールの濃度が低く、粒子成長の阻害効果が少ないためと考えられる。したがって、非球状のシリカ粒子が大半を占めるコロイダルシリカでは、シリカ/トリアゾールのモル比は上記範囲となる。ただし、限外濾過による濃縮を行う場合、このトリアゾールは、水とともに減少するので、最終製品ではシリカ/トリアゾールのモル比が2,000を超えることもある。また、濃縮工程後のコロイダルシリカにトリアゾールを添加し、最終製品におけるシリカ/トリアゾールのモル比を15未満とすることもできる。   The colloidal silica of the present invention contains triazole in the liquid phase. This triazole is used during the formation and growth of colloidal particles. In the colloidal silica of the present invention, the preferred silica / triazole molar ratio is in the range of 15 to 2,000. The logarithmic values (pKa) of the reciprocal of acid dissociation constants of 1,2,3-triazole and 1,2,4-triazole are 1.2 and 2.3, respectively, which are weak bases. For example, a 1% aqueous solution of 1,2,4-triazole has a pH of about 6 and does not contribute to particle growth. However, it affects the particle shape during particle formation and particle growth. Triazole seems to be bound or adsorbed on the surface of growing silica particles to inhibit particle growth at the binding site and prevent spherical growth. The silica / triazole molar ratio when the silica gel was generated was less than 15. This is probably because the concentration of triazole was too high and particle growth was not possible at all. The silica / triazole molar ratio was greater than 2,000 when it contained many silica particles that were nearly spherical in shape. This is probably because the triazole concentration is low and the effect of inhibiting the particle growth is small. Therefore, in the colloidal silica in which the non-spherical silica particles are predominant, the silica / triazole molar ratio is in the above range. However, when concentrating by ultrafiltration, this triazole decreases with water, so the final product may have a silica / triazole molar ratio of over 2,000. In addition, triazole may be added to the colloidal silica after the concentration step to make the silica / triazole molar ratio in the final product less than 15.

本発明における非球状の異形シリカ粒子群を含有するコロイダルシリカとは、俵のような形状ないし芋虫のような屈曲した棒状の形状を有し、かつその形状が個々に異なるシリカ粒子を含有するコロイダルシリカである。具体的には図1および図2に示されるような形状のシリカ粒子を含有するコロイダルシリカである。このシリカ粒子の長径/短径比は1.0〜5の範囲にある。このシリカ粒子は、非球状の粒子が大半を占めており、一部には球状に近い粒子も存在する。図1および図2に示したシリカ粒子は一例であって、製造条件によってその形状はさまざまとなるが、本発明のコロイダルシリカでは、真球状でないシリカ粒子が大半を占めている。   The colloidal silica containing the non-spherical irregular-shaped silica particle group in the present invention is a colloidal shape having a cocoon-like shape or a bent rod-like shape such as a worm, and containing silica particles having different shapes. Silica. Specifically, it is colloidal silica containing silica particles having a shape as shown in FIGS. The major axis / minor axis ratio of the silica particles is in the range of 1.0 to 5. Most of the silica particles are non-spherical particles, and some particles are nearly spherical. The silica particles shown in FIG. 1 and FIG. 2 are examples, and the shapes thereof vary depending on the production conditions. However, in the colloidal silica of the present invention, the non-spherical silica particles occupy the majority.

本発明のコロイダルシリカに含有されるシリカ粒子は、ヒュームドシリカのシリカ粒子とよく似た形状である。ヒュームドシリカのシリカ粒子は、一般に、長径/短径比が5〜15の細長い異形シリカ粒子群となっている。ヒュームドシリカの一次粒子径(単に粒子径とも記載されることがある)は、一次粒子の短径(太さ)であって通常7〜40nmである。さらに、その一次粒子は凝集して二次粒子を形成しており、スラリーの外観は白色になっている。そのためスラリーを長時間放置すると粒子が沈降する不具合、透明なフィルムや塗膜にならないなどの欠点がある。   The silica particles contained in the colloidal silica of the present invention have a shape very similar to that of fumed silica. The silica particles of fumed silica are generally a group of elongated deformed silica particles having a major axis / minor axis ratio of 5 to 15. The primary particle diameter of fumed silica (sometimes simply referred to as the particle diameter) is the short diameter (thickness) of the primary particles and is usually 7 to 40 nm. Further, the primary particles aggregate to form secondary particles, and the appearance of the slurry is white. For this reason, there are defects such as a problem that the particles settle when the slurry is left for a long time and a transparent film or coating film is not formed.

しかし、本発明のコロイダルシリカに含有されるシリカ粒子は、ヒュームドシリカに見られるような凝集による二次粒子の形成はなく、スラリーの外観は透明ないし半透明になっている。粒子が沈降する不具合はなく、透明なフィルムや塗膜を得ることもできる。   However, the silica particles contained in the colloidal silica of the present invention do not form secondary particles due to aggregation as seen in fumed silica, and the appearance of the slurry is transparent or translucent. There is no problem that the particles settle, and a transparent film or coating film can be obtained.

本発明のコロイダルシリカの製造方法は、水ガラス法の活性珪酸水溶液をシリカ源とし、粒子形成工程において、トリアゾールとアルカリ剤とを使用することを特徴とする。粒子形成工程では、トリアゾールの存在が必要不可欠である。一方、粒子成長工程では、前工程で添加したトリアゾールが液相に残存しているので、活性珪酸水溶液およびアルカリ剤だけを添加してシリカ粒子を成長させてもよいが、活性珪酸水溶液、トリアゾールおよびアルカリ剤を添加してシリカ粒子を成長させてもよい。   The method for producing colloidal silica of the present invention is characterized in that an active silicic acid aqueous solution of a water glass method is used as a silica source, and triazole and an alkali agent are used in the particle forming step. In the particle forming process, the presence of triazole is indispensable. On the other hand, in the particle growth step, since the triazole added in the previous step remains in the liquid phase, the silica particles may be grown by adding only the active silicic acid aqueous solution and the alkali agent, but the active silicic acid aqueous solution, triazole and Silica particles may be grown by adding an alkali agent.

アルカリ剤としては、水酸化ナトリウムのようなアルカリ金属水酸化物が最も好適な材料である。アルカリ金属を好まないときには、アミン類や水酸化第四アンモニウムなどの含窒素有機アルカリ化合物を用いることができる。アミン類としては、トリエタノールアミンなどの揮発性の低い3級アミン、ピペラジンなどの2級アミン、エチレンジアミンなどの脂肪族アミンが使用できる。水酸化第四アンモニウムとしては、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化トリメチル−2−ヒドロキシエチルアンモニウム(別名、水酸化コリン)が挙げられる。   As the alkali agent, an alkali metal hydroxide such as sodium hydroxide is the most suitable material. When alkali metals are not preferred, nitrogen-containing organic alkali compounds such as amines and quaternary ammonium hydroxide can be used. As amines, tertiary amines with low volatility such as triethanolamine, secondary amines such as piperazine, and aliphatic amines such as ethylenediamine can be used. Examples of the quaternary ammonium hydroxide include tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, and trimethyl-2-hydroxyethylammonium hydroxide (also known as choline hydroxide).

上記の含窒素有機アルカリ化合物を使用することで、シリカ当たりのアルカリ金属含有率を50ppm以下とすることができる。セラミック、触媒用バインダー、電子材料用研磨材などの用途ではこの程度のアルカリ金属含有率とすることが必要である。より好ましくは30ppm以下である。   By using the nitrogen-containing organic alkali compound, the alkali metal content per silica can be 50 ppm or less. In applications such as ceramics, binders for catalysts, abrasives for electronic materials, etc., it is necessary to have such an alkali metal content. More preferably, it is 30 ppm or less.

原料として用いる珪酸アルカリ水溶液としては、通常、水ガラス(水ガラス1号〜4号等)と呼ばれる珪酸ナトリウム水溶液が好適に用いられる。このものは比較的安価であり、容易に手に入れることができる。また、Naイオンを嫌う半導体用途では、珪酸ナトリウム水溶液の代わりに珪酸カリウム水溶液を原料として用いることが好ましい。固体状のメタ珪酸アルカリを水に溶かして珪酸アルカリ水溶液を調製する方法もある。メタ珪酸アルカリは晶析工程を経て製造されるため、不純物の少ないものがある。珪酸アルカリ水溶液は、必要に応じて水で希釈して使用する。   As the alkali silicate aqueous solution used as a raw material, usually a sodium silicate aqueous solution called water glass (water glass No. 1 to No. 4 etc.) is preferably used. This is relatively inexpensive and can be easily obtained. Moreover, in the semiconductor use which dislikes Na ion, it is preferable to use a potassium silicate aqueous solution as a raw material instead of a sodium silicate aqueous solution. There is also a method of preparing an alkali silicate aqueous solution by dissolving a solid alkali metal silicate in water. Alkali metasilicates are produced through a crystallization process, and therefore some of them have few impurities. The aqueous alkali silicate solution is diluted with water as necessary.

本発明で使用するカチオン交換樹脂は、公知のものを適宜選択して使用することができ、とくに制限されない。珪酸アルカリ水溶液とカチオン交換樹脂との接触工程は、例えば珪酸アルカリ水溶液をシリカ濃度3〜10重量%に水希釈し、次いでH型強酸性カチオン交換樹脂に接触させて脱アルカリし、必要に応じてOH型強塩基性アニオン交換樹脂に接触させて脱アニオンすることによって行うことができる。この工程により、活性珪酸水溶液が調製される。接触条件の詳細は、従来から既に様々な提案があり、本発明ではそれら公知のいかなる条件も採用することができる。   The cation exchange resin used in the present invention can be appropriately selected from known ones and is not particularly limited. The contact step between the aqueous alkali silicate solution and the cation exchange resin is, for example, diluted with an aqueous alkali silicate aqueous solution to a silica concentration of 3 to 10% by weight, then contacted with an H-type strongly acidic cation exchange resin for dealkalization, and if necessary It can carry out by making it contact with OH type strong basic anion exchange resin, and carrying out a deanion. By this step, an active silicic acid aqueous solution is prepared. There have been various proposals for details of the contact conditions, and any known conditions can be adopted in the present invention.

次いで、シリカ粒子の形成を行う。この粒子形成工程では、活性珪酸水溶液にトリアゾールを添加する以外は常法の操作が行われる。例えば、pHを8以上となるように活性珪酸水溶液にトリアゾールおよびアルカリ剤を添加し、60〜240℃に加熱することで、シリカ粒子(種粒子)を形成させることができる。トリアゾールとアルカリ剤の添加順序は、どちらが先でもよい。   Next, silica particles are formed. In this particle forming step, a conventional operation is performed except that triazole is added to the active silicic acid aqueous solution. For example, silica particles (seed particles) can be formed by adding triazole and an alkali agent to an active silicic acid aqueous solution so as to have a pH of 8 or more and heating to 60 to 240 ° C. Either the triazole or the alkali agent may be added first.

次いで、上記で形成されたシリカ粒子を種ゾルとするビルドアップの方法を用いた粒子成長を行う。この粒子成長工程では、pHが8以上の種ゾルを60〜240℃に加熱し、pHを8〜11に維持しながら、活性珪酸水溶液とトリアゾールとアルカリ剤とを添加するか、あるいは活性珪酸水溶液とアルカリ剤とを添加して、シリカ粒子を成長させる。このようにして、シリカ粒子の平均短径を好ましくは5〜30nmにする。   Next, particle growth is performed using a build-up method using the silica particles formed above as a seed sol. In this particle growth step, a seed sol having a pH of 8 or higher is heated to 60 to 240 ° C., and while maintaining the pH at 8 to 11, an active silicic acid aqueous solution, a triazole and an alkali agent are added, or an active silicic acid aqueous solution. And an alkali agent are added to grow silica particles. In this way, the average minor axis of the silica particles is preferably 5 to 30 nm.

上記の粒子形成工程および粒子成長工程を経て得られたコロイダルシリカは、必要に応じて、濃縮を行ってもよい。シリカの濃縮は、水分の蒸発濃縮でもよいが、エネルギー的には限外濾過の方が有利である。   The colloidal silica obtained through the particle formation step and the particle growth step may be concentrated as necessary. The silica may be concentrated by evaporating water, but in terms of energy, ultrafiltration is more advantageous.

限外濾過によりシリカを濃縮するときに使用される限外濾過膜について説明する。限外濾過膜が適用される分離は、1nmから数ミクロンの粒子を対象とするが、溶解した高分子物質をも対象とするため、ナノメータ域では濾過精度を分画分子量で表現している。本発明では、分画分子量15,000以下の限外濾過膜を好適に使用することができる。この範囲の膜を使用すると1nm以上の粒子は分離することができる。更に好ましくは分画分子量3,000〜15,000の限外濾過膜を使用する。3,000未満の膜では濾過抵抗が大きすぎて処理時間が長くなり不経済であり、15,000を超えると、精製度が低くなる。膜の材質は、ポリスルホン、ポリアクリルニトリル、焼結金属、セラミック、カーボンなどあり、いずれも使用できる。耐熱性や濾過速度などの点からポリスルホン製の膜が使用しやすい。膜の形状は、スパイラル型、チューブラー型、中空糸型などあり、いずれも使用できる。中空糸型膜がコンパクトで使用しやすい。また、限外濾過工程が、余剰のトリアゾールの洗い出し除去をかねている場合、必要に応じて、目標シリカ濃度に達した後も純水を加えるなどして、更に洗い出し除去を行って、トリアゾールの除去率を高める作業を行うこともできる。この工程でシリカの濃度が5〜50重量%となるように濃縮するのがよい。   The ultrafiltration membrane used when concentrating silica by ultrafiltration will be described. Separation to which the ultrafiltration membrane is applied targets particles of 1 nm to several microns, but also targets dissolved polymer substances, and therefore, filtration accuracy is expressed by a molecular weight cut off in the nanometer range. In the present invention, an ultrafiltration membrane having a fractional molecular weight of 15,000 or less can be preferably used. When a film in this range is used, particles of 1 nm or more can be separated. More preferably, an ultrafiltration membrane having a fractional molecular weight of 3,000 to 15,000 is used. If the membrane is less than 3,000, the filtration resistance is too large and the treatment time becomes long and uneconomical. If it exceeds 15,000, the degree of purification is low. The material of the membrane includes polysulfone, polyacrylonitrile, sintered metal, ceramic, carbon, etc., any of which can be used. Polysulfone membranes are easy to use in terms of heat resistance and filtration speed. The shape of the membrane includes a spiral type, a tubular type, and a hollow fiber type, and any of them can be used. Hollow fiber membrane is compact and easy to use. In addition, if the ultrafiltration process also serves to wash out and remove excess triazole, it is further washed out and removed by adding pure water after reaching the target silica concentration, if necessary, to remove triazole. You can also work to increase the rate. It is good to concentrate so that the density | concentration of a silica may be 5 to 50 weight% at this process.

また、本発明では、必要に応じて、粒子成長工程後または限外濾過工程後に、得られたコロイダルシリカをイオン交換樹脂により精製してもよい。例えば、コロイダルシリカをH型強酸性カチオン交換樹脂に接触させてアルカリ剤を除去したり、コロイダルシリカをOH型強塩基性アニオン交換樹脂に接触させて脱アニオンすることで、一層の高純度化を図ることができる。   Moreover, in this invention, you may refine | purify the obtained colloidal silica with an ion exchange resin after a particle growth process or an ultrafiltration process as needed. For example, the colloidal silica is contacted with an H-type strongly acidic cation exchange resin to remove the alkaline agent, or the colloidal silica is contacted with an OH-type strongly basic anion exchange resin to deanion to further increase the purity. Can be planned.

以上のようにして、トリアゾールの存在下で活性珪酸水溶液を原料としてコロイダルシリカを製造することにより、液相にトリアゾールを含有し、透過型電子顕微鏡観察による長径/短径比が1.0〜5の範囲でありかつ長径/短径比の平均値が1.2〜3である非球状の異形シリカ粒子群を含有するコロイダルシリカを得ることができる。このようにして得られたコロイダルシリカは、カルシウム塩、マグネシウム塩、アルミニウム塩等の珪素以外の多価金属化合物を含有しないので、印刷紙用のインク吸収性フィラー、塗料の展着性改善剤、各種材料表面の親水性コーティング材、高強度バインダー、高純度シリカゲル、高純度セラミックスの原料、触媒用バインダー、電子材料用研磨材等に有用である。   As described above, by producing colloidal silica using an active silicic acid aqueous solution as a raw material in the presence of triazole, the liquid phase contains triazole, and the major axis / minor axis ratio by observation with a transmission electron microscope is 1.0-5. And colloidal silica containing non-spherical irregularly shaped silica particles having an average value of the major axis / minor axis ratio of 1.2 to 3 can be obtained. The colloidal silica thus obtained contains no polyvalent metal compounds other than silicon such as calcium salt, magnesium salt, aluminum salt, etc., so that the ink absorbent filler for printing paper, the paint spreadability improving agent, It is useful for hydrophilic coating materials on the surfaces of various materials, high-strength binders, high-purity silica gel, raw materials for high-purity ceramics, binders for catalysts, abrasives for electronic materials, and the like.

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。実施例での測定は以下の装置を使用した。
(1)TEM観察:(株)日立製作所、透過型電子顕微鏡H−7500型を使用した。
(2)BET法比表面積:(株)島津製作所、フローソーブ2300型を使用した。
(3)トリアゾール分析:(株)島津製作所、全有機体炭素計TOC−5000Aおよび固体試料燃焼装置SSM−5000Aを使用し、求めた全有機体炭素量よりトリアゾールに換算した。具体的には、全有機体炭素量(TOC)は、全炭素量(TC)と無機体炭素量(IC)とを測定後、TOC=TC−ICにより求めた。IC成分は大気中より吸収された炭酸であると推定される。
コロイダルシリカ中のトリアゾールの測定では(株)島津製作所、全有機体炭素計TOC−5000Aおよび固体試料燃焼装置SSM−5000Aを使用した。TC測定の標準として炭素量0.02重量%のグルコース水溶液を用い、IC測定の標準として炭素量0.02重量%の炭酸ナトリウム水溶液を用いた。超純水を炭素量0重量%の標準とし、それぞれ先に示した標準を用い、TCは125μlと250μl、またICは100μlで検量線を作成した。サンプルのTC測定ではサンプルを約100mg採取し、900℃燃焼炉で燃焼させた。また、IC測定ではサンプルを約100mg採取し、(1+1)燐酸を約0.5ml添加し200℃燃焼炉で反応を促進した。
また、限外濾過時の濾液のトリアゾールの測定では(株)島津製作所、全有機体炭素計TOC−5000Aを使用した。TC測定の標準として炭素量0.05重量%、炭素量0.02%のフタル酸水素カリウム水溶液、炭素量0重量%の超純水を、それぞれ32μl用いて検量線を作成した。IC測定の標準として炭素量0.05重量%、炭素量0.02%の、炭酸水素ナトリウムと炭酸ナトリウムの混合水溶液、炭素量0重量%の超純水を、それぞれ40μl用いて検量線を作成した。サンプルのTC測定ではサンプルを32μl用いて、680℃燃焼管で燃焼させた。また、IC測定ではサンプルを40μl用いて、(1+1)燐酸と反応させた。
また、水酸化テトラメチルアンモニウムを含有するサンプルでは下記の方法(5)でテトラメチルアンモニウムを定量しTCより減じてトリアゾール量に換算した。
(4)金属元素分析:(株)堀場製作所、ICP発光分析計、ULTIMA2を使用した。
(5)テトラメチルアンモニウム(TMA)のイオンクロマト分析:ダイオネクス社、イオンクロマトICS−1500を使用した。具体的には、液相TMAは、サンプルを1,000倍から5,000倍に純水で希釈し測定を行った。また、全TMAの測定には前処理としてサンプル5gに3gの20重量%NaOHと純水を加え、80℃で加熱しシリカを完全に溶解させた。この溶解液を1,000倍から5,000倍に純水で希釈し測定を行い、TMA量を求めた。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. The following apparatus was used for the measurement in the examples.
(1) TEM observation: Hitachi, Ltd., transmission electron microscope H-7500 type was used.
(2) BET specific surface area: Shimadzu Corporation, Flowsorb 2300 type was used.
(3) Triazole analysis: Shimadzu Corporation, total organic carbon meter TOC-5000A and solid sample combustion apparatus SSM-5000A were used, and converted into triazole from the total organic carbon amount obtained. Specifically, the total organic carbon amount (TOC) was determined by TOC = TC-IC after measuring the total carbon amount (TC) and the inorganic carbon amount (IC). The IC component is estimated to be carbon dioxide absorbed from the atmosphere.
For the measurement of triazole in colloidal silica, Shimadzu Corporation, Total Organic Carbon Meter TOC-5000A and Solid Sample Combustor SSM-5000A were used. A glucose aqueous solution having a carbon content of 0.02 wt% was used as a standard for TC measurement, and a sodium carbonate aqueous solution having a carbon content of 0.02 wt% was used as a standard for IC measurement. A calibration curve was prepared using ultrapure water as a standard with a carbon content of 0% by weight, using the above-mentioned standards, TC of 125 μl and 250 μl, and IC of 100 μl. In the TC measurement of the sample, about 100 mg of the sample was collected and burned in a 900 ° C. combustion furnace. In IC measurement, about 100 mg of a sample was collected, about 0.5 ml of (1 + 1) phosphoric acid was added, and the reaction was promoted in a 200 ° C. combustion furnace.
Moreover, Shimadzu Corporation Corporation and the total organic carbon meter TOC-5000A were used for the measurement of the triazole of the filtrate at the time of ultrafiltration. As TC measurement standards, calibration curves were prepared using 32 μl each of an aqueous solution of potassium hydrogen phthalate having a carbon content of 0.05% by weight and a carbon content of 0.02% and an ultrapure water having a carbon content of 0% by weight. Calibration curves were prepared using 40 μl each of a mixed aqueous solution of sodium hydrogen carbonate and sodium carbonate having a carbon content of 0.05% by weight and carbon content of 0.02% and ultrapure water having a carbon content of 0% by weight as IC measurement standards. did. In the TC measurement of the sample, 32 μl of the sample was used and burned in a 680 ° C. combustion tube. In IC measurement, 40 μl of the sample was used and reacted with (1 + 1) phosphoric acid.
Further, in the sample containing tetramethylammonium hydroxide, tetramethylammonium was quantified by the following method (5), subtracted from TC, and converted to the triazole amount.
(4) Metal element analysis: HORIBA, Ltd., ICP emission spectrometer, ULTIMA2 was used.
(5) Ion chromatographic analysis of tetramethylammonium (TMA): Dionex Corporation, ion chromatography ICS-1500 was used. Specifically, the liquid phase TMA was measured by diluting a sample with pure water from 1,000 times to 5,000 times. For the measurement of total TMA, 3 g of 20 wt% NaOH and pure water was added to 5 g of sample as a pretreatment, and heated at 80 ° C. to completely dissolve silica. This solution was diluted with pure water from 1,000 times to 5,000 times and measured to obtain the amount of TMA.

〔実施例1〕
(a)活性珪酸水溶液の調製
脱イオン水28kgに3号珪酸ソーダ(SiO2:28.8重量%、Na2O:9.7重量%、H2O:61.5重量%)5.2kgを加えて均一に混合しシリカ濃度4.5重量%の希釈珪酸ソーダを作製した。この希釈珪酸ソーダを、予め塩酸によって再生したH型強酸性カチオン交換樹脂(オルガノ(株)製アンバーライト(登録商標)IR120B)20リットルのカラムに通して脱アルカリし、シリカ濃度3.7重量%でpH2.9の活性珪酸水溶液40kgを得た。
[Example 1]
(A) Preparation of active silicic acid aqueous solution deionized water 28kg No. 3 sodium silicate (SiO 2: 28.8 wt%, Na 2 O: 9.7 wt%, H 2 O: 61.5 wt%) 5.2 kg Was added and mixed uniformly to prepare diluted sodium silicate having a silica concentration of 4.5% by weight. This diluted sodium silicate was passed through a 20 liter column of H-type strongly acidic cation exchange resin (Amberlite (registered trademark) IR120B manufactured by Organo Corp.) regenerated with hydrochloric acid in advance, and the silica concentration was 3.7% by weight. 40 kg of an active silicic acid aqueous solution having a pH of 2.9 was obtained.

(b)シリカ粒子の形成
次いで、得られた活性珪酸水溶液にトリアゾールを添加した後、アルカリ剤を加えてアルカリ性にして加熱し、シリカ粒子を形成させた。すなわち、得られた活性珪酸水溶液の一部500gに、攪拌下、1,2,4−トリアゾール(試薬、粉末) 1gを加えて溶解した後、5重量%水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHを8.2とし、100℃に1時間保ち、放冷した。
(B) Formation of Silica Particles Next, triazole was added to the obtained active silicic acid aqueous solution, and then an alkali agent was added to make the solution alkaline and heated to form silica particles. That is, 1 g of 1,2,4-triazole (reagent, powder) was added to 500 g of a part of the obtained active silicic acid aqueous solution with stirring, and then 5 wt% aqueous sodium hydroxide solution was added to adjust the pH. 8.2, kept at 100 ° C. for 1 hour, and allowed to cool.

得られたコロイダルシリカは、水の蒸発で460gとなっており、シリカ濃度は4.0重量%となっていた。また、得られたコロイダルシリカは、25℃でのpHが9.6であり、透過型電子顕微鏡(TEM)観察では短径が約5nmで、長径/短径比が1〜5の範囲にありかつ長径/短径比の平均値が2である非球状の異形シリカ粒子群からなるものであった。TEM写真を図1に示した。
このコロイダルシリカは、活性珪酸水溶液の使用量およびトリアゾールの使用量と分析値から、シリカ/トリアゾールのモル比は21と算出された。コロイダルシリカの全トリアゾール濃度は0.217重量%であった。
The obtained colloidal silica was 460 g by evaporation of water, and the silica concentration was 4.0% by weight. Further, the obtained colloidal silica has a pH of 9.6 at 25 ° C., and has a minor axis of about 5 nm and a major axis / minor axis ratio in the range of 1 to 5 as observed with a transmission electron microscope (TEM). And it consisted of the non-spherical irregular-shaped silica particle group whose average value of major axis / minor axis ratio is 2. A TEM photograph is shown in FIG.
The colloidal silica was calculated to have a silica / triazole molar ratio of 21 from the amount of active silicic acid aqueous solution used, the amount of triazole used and the analytical value. The total triazole concentration of the colloidal silica was 0.217% by weight.

(c)シリカ粒子の成長
続いて、得られたコロイダルシリカを再度加熱して100℃とし、ビルドアップの方法をとり、3,000gの活性珪酸水溶液を5時間かけて添加した。活性珪酸水溶液の添加中、100℃を維持しながら、pHが9〜10の範囲になるように5重量%水酸化ナトリウム水溶液を同時添加した。添加中の水の蒸発により放冷後には2,760gのコロイダルシリカを得た。シリカ濃度は4.7重量%となっていた。このコロイダルシリカは、25℃でのpHが9.5であり、透過型電子顕微鏡(TEM)観察では短径が約10〜20nmで、長径/短径比が1〜3の範囲でありかつ長径/短径比の平均値が2である非球状の異形シリカ粒子群からなるものであった。TEM写真を図2に示した。また、BET法による比表面積換算の粒子径は17nmであった。
このコロイダルシリカは、活性珪酸水溶液の使用量およびトリアゾールの使用量と分析値から、シリカ/トリアゾールのモル比は150と算出された。コロイダルシリカの全トリアゾール濃度は0.036重量%であった。
(C) Growth of Silica Particles Subsequently, the obtained colloidal silica was heated again to 100 ° C., a build-up method was taken, and 3,000 g of an active silicic acid aqueous solution was added over 5 hours. During the addition of the active silicic acid aqueous solution, a 5% by weight sodium hydroxide aqueous solution was simultaneously added so that the pH was in the range of 9 to 10 while maintaining 100 ° C. After cooling by evaporation of water during the addition, 2,760 g of colloidal silica was obtained. The silica concentration was 4.7% by weight. The colloidal silica has a pH of 9.5 at 25 ° C., a short diameter of about 10 to 20 nm, a long diameter / short diameter ratio in the range of 1 to 3, and a long diameter as observed with a transmission electron microscope (TEM). / It consisted of a group of non-spherical deformed silica particles having an average value of the minor axis ratio of 2. A TEM photograph is shown in FIG. The particle diameter in terms of specific surface area by BET method was 17 nm.
The colloidal silica was calculated to have a silica / triazole molar ratio of 150 from the amount of active silicic acid aqueous solution used, the amount of triazole used and the analytical value. The total triazole concentration of the colloidal silica was 0.036% by weight.

(d)コロイダルシリカの濃縮
最後に、分画分子量6,000の中空糸型限外濾過膜(旭化成(株)製マイクローザ(登録商標)UFモジュールSIP−1013)を用いてポンプ循環送液による加圧濾過を行い、シリカ濃度26.9重量%までコロイダルシリカを濃縮し、約480gのコロイダルシリカを回収した。このコロイダルシリカは、25℃でのpHが8.9であり、透過型電子顕微鏡(TEM)観察では短径が約10〜20nmで、長径/短径比が1〜3の範囲でありかつ長径/短径比の平均値が2である非球状の異形シリカ粒子群からなるものであった。
このコロイダルシリカは、活性珪酸水溶液の使用量およびトリアゾールの分析値から、シリカ/トリアゾールのモル比は1,000と算出された。コロイダルシリカの全トリアゾール濃度は0.031重量%であった。
限外濾過時の濾液のトリアゾール濃度は0.043重量%であったので、限外濾過によりトリアゾールを効率よく除去できることが確認できた。また、シリカ当たりのアルカリ金属の含有量は16,700ppmであった。
(D) Concentration of colloidal silica Finally, by pump circulation using a hollow fiber type ultrafiltration membrane having a molecular weight cut off of 6,000 (Microsa (registered trademark) UF module SIP-1013 manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.) Pressure filtration was performed to concentrate the colloidal silica to a silica concentration of 26.9% by weight, and about 480 g of colloidal silica was recovered. The colloidal silica has a pH of 8.9 at 25 ° C., a short diameter of about 10 to 20 nm, a long diameter / short diameter ratio in the range of 1 to 3 and a long diameter as observed with a transmission electron microscope (TEM). / It consisted of a group of non-spherical deformed silica particles having an average value of the minor axis ratio of 2.
This colloidal silica was calculated to have a silica / triazole molar ratio of 1,000 based on the amount of active silicic acid aqueous solution used and the analysis value of triazole. The total triazole concentration of the colloidal silica was 0.031% by weight.
Since the triazole concentration of the filtrate at the time of ultrafiltration was 0.043% by weight, it was confirmed that triazole could be efficiently removed by ultrafiltration. The content of alkali metal per silica was 16,700 ppm.

〔実施例2〕
実施例1で用いたものと同じ活性珪酸水溶液500gに、攪拌下、1,2,3−トリアゾール(試薬、液体) 0.5gを加えて溶解した後、25重量%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を12g添加してpHを8.2とした後、100℃に1時間保ち、放冷した。
得られたコロイダルシリカは、25℃でのpHが9.7であり、透過型電子顕微鏡(TEM)観察では短径が約5nmで、長径/短径比が2〜15の範囲でありかつ長径/短径比の平均値が10である非球状の異形シリカ粒子群からなるものであった。
[Example 2]
To 500 g of the same active silicic acid aqueous solution used in Example 1, 0.5 g of 1,2,3-triazole (reagent, liquid) was added and dissolved with stirring, and then a 25 wt% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution was added. After 12 g was added to adjust the pH to 8.2, the mixture was kept at 100 ° C. for 1 hour and allowed to cool.
The obtained colloidal silica has a pH of 9.7 at 25 ° C., a short diameter of about 5 nm, a long diameter / short diameter ratio in the range of 2 to 15 and a long diameter as observed with a transmission electron microscope (TEM). / It consisted of non-spherical irregularly shaped silica particles having an average minor axis ratio of 10.

次いで、得られたコロイダルシリカを再度加熱して100℃とし、2,000gの活性珪酸水溶液を4時間かけて添加した。活性珪酸水溶液の添加中、100℃を維持しながら、pHが9〜10の範囲になるように25重量%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液6gを同時添加した。添加中の水の蒸発により放冷後には2,100gのコロイダルシリカを得た。シリカ濃度は4.4重量%となっていた。このコロイダルシリカは、25℃でのpHが9.5であり、透過型電子顕微鏡(TEM)観察では短径が約10〜15nmで、長径/短径比が1.2〜5の範囲にありかつ長径/短径比の平均値が2である非球状の異形シリカ粒子群からなるものであった。また、BET法による比表面積換算の粒子径は9nmであった。   Subsequently, the obtained colloidal silica was heated again to 100 ° C., and 2,000 g of an active silicic acid aqueous solution was added over 4 hours. During the addition of the active silicic acid aqueous solution, 6 g of a 25 wt% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution was simultaneously added so that the pH was in the range of 9 to 10 while maintaining 100 ° C. After cooling by evaporation of water during addition, 2,100 g of colloidal silica was obtained. The silica concentration was 4.4% by weight. This colloidal silica has a pH of 9.5 at 25 ° C., and has a minor axis of about 10 to 15 nm and a major axis / minor axis ratio in the range of 1.2 to 5 as observed with a transmission electron microscope (TEM). And it consisted of the non-spherical irregular-shaped silica particle group whose average value of major axis / minor axis ratio is 2. The particle diameter in terms of specific surface area by BET method was 9 nm.

最後に、分画分子量6,000の中空糸型限外濾過膜(旭化成(株)製マイクローザ(登録商標)UFモジュールSIP−1013)を用いてポンプ循環送液による加圧濾過を行い、シリカ濃度18.5重量%までコロイダルシリカを濃縮し、約500gのコロイダルシリカを回収した。このコロイダルシリカは、25℃でのpHが9.1であり、透過型電子顕微鏡(TEM)観察では短径が約10〜15nmで、長径/短径比が1.2〜5の範囲にありかつ長径/短径比の平均値が2である非球状の異形シリカ粒子群からなるものであった。
コロイダルシリカは、活性珪酸水溶液の使用量およびトリアゾールの分析値から、シリカ/トリアゾールのモル比は1,330と算出された。コロイダルシリカの全トリアゾール濃度は0.025重量%であった。
限外濾過時の濾液のトリアゾール濃度は0.023重量%であったので、限外濾過によりトリアゾールを効率よく除去できることが確認できた。また、シリカ当たりのアルカリ金属の含有量は30ppmであった。
Finally, pressure filtration by pump circulation is performed using a hollow fiber type ultrafiltration membrane with a molecular weight cut off of 6,000 (Microsa (registered trademark) UF module SIP-1013 manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.), and silica Colloidal silica was concentrated to a concentration of 18.5% by weight, and about 500 g of colloidal silica was recovered. This colloidal silica has a pH of 9.1 at 25 ° C., a transmission electron microscope (TEM) observation has a minor axis of about 10 to 15 nm and a major axis / minor axis ratio of 1.2 to 5. And it consisted of the non-spherical irregular-shaped silica particle group whose average value of major axis / minor axis ratio is 2.
The colloidal silica was calculated to have a silica / triazole molar ratio of 1,330 from the amount of active silicic acid aqueous solution used and the analysis value of triazole. The total triazole concentration of the colloidal silica was 0.025% by weight.
Since the triazole concentration of the filtrate at the time of ultrafiltration was 0.023% by weight, it was confirmed that triazole could be efficiently removed by ultrafiltration. The alkali metal content per silica was 30 ppm.

Claims (2)

以下の工程
(a)珪酸アルカリ水溶液をカチオン交換樹脂に接触させて活性珪酸水溶液を調製する工程、
(b)この活性珪酸水溶液にトリアゾールとアルカリ剤とを添加してアルカリ性とした後、加熱してシリカ粒子を形成させる工程、および
(c)続いて、加熱下で、アルカリ性を維持しながら、活性珪酸水溶液とトリアゾールとアルカリ剤とを添加するか、または活性珪酸水溶液とアルカリ剤とを添加して、シリカ粒子を成長させる工程
を有することを特徴とする、液相にトリアゾールを含有し、透過型電子顕微鏡観察による長径/短径比が1.0〜5の範囲にありかつ長径/短径比の平均値が1.2〜3である非球状の異形シリカ粒子群を含有するコロイダルシリカの製造方法。
The following steps: (a) A step of bringing an alkali silicate aqueous solution into contact with a cation exchange resin to prepare an active silicate aqueous solution;
(B) a step of adding triazole and an alkali agent to the activated silicic acid aqueous solution to make it alkaline, and then heating to form silica particles, and (c) subsequently, while maintaining alkalinity under heating, Addition of silicic acid aqueous solution and triazole and alkali agent, or addition of active silicic acid aqueous solution and alkali agent, and having a step of growing silica particles , containing triazole in liquid phase, transmission type Production of colloidal silica containing non-spherical deformed silica particles having a major axis / minor axis ratio in the range of 1.0 to 5 and an average value of major axis / minor axis ratio of 1.2 to 3 by electron microscope observation Method.
(c)工程の後、(d)シリカを濃縮する工程を更に有することを特徴とする請求項に記載のコロイダルシリカの製造方法。 The method for producing colloidal silica according to claim 1 , further comprising (d) a step of concentrating silica after the step (c).
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